一种线型组网的三线制数据测量方法

　　0 引言

　　现场测量中，常遇到测点呈线状分布的情形，例如，输电线路，输油管道，河流沿线，城市管网等，这类监测数据有如下特点：

　　（1）间隔距离各不相同。例如：石油输送管道的流量压力，监测点可1 km 一个；城市路灯损坏监测25 m一个。

　　（2）对传输速率要求不高。例如：路灯是否损坏的监测，煤矿坑道倾斜度监测，可以几分钟一次，河流沿线水质，温度信息甚至可以每小时一次。

　　（3）测点物理顺序可以作为监测点的逻辑次序，只要顺序检测各点的数据即可，不要求某个编号的数据单独传送。

　　（4）测点数量众多，例如10 km 长的路灯监测点就有400个。

　　对于这些现场常遇到的线状分布测点，如果采用总线式的组网结构，可以很好的简化布线形式，所有测点连接到总线上即可。实际上，已经有很多这类总线可供选择，例如，CAN 总线，485 总线，IEEE1394 总线，Profi-bus总线，HART 总线，甚至有自成总线的器件，如数字温度传感器DS18B20.但是这些方案都不是针对上述数据特点量身定做的，有的追求高可靠性，有的追求网络速度，还存在成本高、协议复杂、需要逐个测点编址等问题[3].所以，本文提出了一种基于单片机构成的针对线状测点的三线制组网方案，它具有自带电源、协议简单、灵活多变等特点，可以极大简化电路设计和系统设计。

　　1 系统构成及原理

　　1.1 硬件构成

　　1.1.1 系统总体构成

　　三线制测量系统的构成图如图1所示，由一个主机和若干单元构成，三线分别定义为电源、信号、地线。主机能控制单元的供电，由开关J1 完成，它可以是继电器的硬触点，也可以是VDMOS管软触点。当主机需要采集数据时，首先闭合J1,使所有单元上电，然后通过信号线R/T来控制各个单元依次上传数据。其中1,2,…，N代表N 个测量单元。

　　如果需要传送模拟信号，则要另外增加模拟信号总线，单元结构如图2所示。

　　1.1.2 单元结构

　　单元的内部组成，根据测量参数不同各有所异，这里给出一个倾角测量的例子，使用倾角传感器，原理图如图2所示。上电测量是自动进行的，完成后等待输入端R接受启动脉冲，然后进入本单元数据发送，这期间本单元与主机是直通的，当本单元数据传送完成后，则等待输入端的结束脉冲，然后本单元向下单元发送启动脉冲，随后本单元进入透传（或称传话筒）模式，相当于直通，主机可以跟下个单元进行通信，依次类推。

　　在单元示结构意图中，还增加了2 条模拟信号线，因为倾角传感器既有数字量输出（通过SPI接口）也有模拟量输出（通过Vf端）。如果想直接采集到单元的模拟量，则增加模拟开关和模拟信号总线，当单元处于工作状态时，闭合模拟开关，把模拟量送到总线上。